Umelá inteligencia a nanotechnológie: Riešenie energetickej krízy

Umelá inteligencia (AI) sa stáva všadeprítomnou súčasťou nášho života, prináša pohodlie a poháňa ekonomický rast. Napriek tomu s sebou AI so sebou prináša aj obavy, či už ide o stratu súkromia, deepfakes alebo výmenu pracovných miest. No najväčšia hrozba, ako argumentuje Dr. Mark Hersam v zaujímavej prednáške TEDxChicago, nespočíva v sci-fi scenáriách, ale v obrovskej spotrebe energie a vody spojenou s AI. Hersam predstavuje nanotechnológie ako potenciálne riešenie tohto problému, ponúkajúce cestu k energeticky efektívnejšej budúcnosti AI.

Kľúčové poznatky z prednášky Dr. Marka Hersama:

• Energetická náročnosť AI: Do roku 2027 by AI mohla spotrebovať až 100 triliónov watt-hodín elektrickej energie ročne, čo je ekvivalent spotreby celej krajiny ako Argentína.
• Problém chladenia: Táto obrovská spotreba energie generuje značné množstvo tepla, ktoré vyžaduje 200 miliárd galónov vody ročne na ochladenie dátových centier.
• Von Neumannova architektúra: Dôvodom vysokej spotreby energie je zastaraná Von Neumannova architektúra počítačov, ktorá neustále presúva dáta medzi pamäťou a procesorom.
• Inšpirácia z mozgu: Hersam navrhuje inšpiráciu v biologickej štruktúre mozgu, kde sú pamäť a spracovanie informácií integrované na jednom mieste.
• Nanotechnológie ako riešenie: Nanomateriály umožňujú vytvárať zariadenia, ktoré spotrebúvajú až 100-krát menej energie ako súčasné počítače.
• Neuromorfické výpočty: Vývoj neuromorfických čipov, inšpirovaných fungovaním mozgu, predstavuje kľúčový krok smerom k udržateľnej AI.

Prečo je spotreba energie AI taká obrovská? Von Neumannova architektúra a jej limity

Dr. Hersam vysvetľuje, že väčšina dnešných počítačov využíva architektúru navrhnutú Johnom von Neumanom v polovici 20. storočia. Táto architektúra pozostáva z dvoch hlavných častí: pamäti a procesora (CPU). Pri každom výpočte musia dáta neustále putovať medzi týmito dvoma komponentmi. V minulosti, keď bolo množstvo dát malé, to nebolo problémom. No v dnešnej ére Big Data a AI je toto nepretržité presúvanie dát hlavným zdrojom vysokej spotreby energie.

Mozog ako inšpirácia: Neuromorfické výpočty a nanotechnológie

Hersam sa obracia k prírode, konkrétne k mozgu, aby našiel riešenie. Mozog je mimoriadne energeticky efektívny – na rozdiel od superpočítačov, ktoré spotrebúvajú obrovské množstvo energie, stačí človeku na hru šachu jeden Chicago-style hot dog, zatiaľ čo superpočítač potrebuje ekvivalent 250 000 takýchto hot dogov!

Kľúčom k energetickej efektivite mozgu je to, že pamäť a spracovanie informácií sú v ňom integrované na jednom mieste. Hersamova laboratóriá preto pracujú na vývoji neuromorfických čipov – čipov inšpirovaných fungovaním mozgu.

Nanotechnológie zohrávajú kľúčovú úlohu pri tomto vývoji. Nanomateriály majú unikátne vlastnosti, ktoré sa menia v závislosti od ich veľkosti a umožňujú vytvárať zariadenia s nastaviteľnými a rekonfigurovateľnými vlastnosťami. To umožňuje vytvárať čipy, ktoré dokážu napodobniť dynamickú štruktúru mozgu.

Neuromorfické výpočty v praxi: Monitorovanie srdca na nositeľnom zariadení

Hersam prezentuje konkrétny príklad – nositeľné zariadenie, ktoré monitoruje tepovú frekvenciu a pomocou AI dokáže detekovať arytmiu (nepravidelný srdcový rytmus). Na rozdiel od súčasných riešení, kde sú dáta z telefónu posielané do cloudových dátových centier, toto zariadenie spracováva dáta priamo na čipe. To vedie k výrazne nižšej spotrebe energie a zároveň zvyšuje ochranu osobných údajov.

Budúcnosť udržateľnej AI: Spolupráca a inovatívne riešenia

Hersam zdôrazňuje potrebu interdisciplinárnej spolupráce, najmä medzi inžiniermi a neurobiológmi. Verí, že kombinácia neuromorfických výpočtov s obnoviteľnými zdrojmi energie a batériami na skladovanie energie môže viesť k udržateľnej AI, ktorá bude dostupná pre celú spoločnosť.

Zdroje:

• TEDx Talks: https://www.ted.com/tedx
• Walter P. Murphy Professor of Materials Science and Engineering, Northwestern University: https://hersamgroup.northwestern.edu/ (odkaz na stránku laboratória Dr. Hersama)

Približne 114 gCO₂ bolo uvoľnených do atmosféry a na chladenie sa spotrebovalo 0.57 l vody za účelom vygenerovania tohoto článku.